非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐

王素兵 葉登勝 尹叢彬 李國(guó)慶 羅熾臻

中國(guó)石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司

非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐

王素兵 葉登勝 尹叢彬 李國(guó)慶 羅熾臻

中國(guó)石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司

王素兵等.非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐.天然氣工業(yè)，2012，32（7）：38-42.

非常規(guī)油氣藏必須經(jīng)過(guò)增產(chǎn)改造方能投入有效開(kāi)發(fā)，但目前卻存在增產(chǎn)改造范圍有限、封隔難度大、改造針對(duì)性不強(qiáng)等技術(shù)瓶頸。為此，針對(duì)這些技術(shù)難題，四川油氣田通過(guò)持續(xù)技術(shù)攻關(guān)和對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，初步形成了適應(yīng)不同類(lèi)型非常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層的增產(chǎn)技術(shù)系列，即：①非常規(guī)儲(chǔ)層機(jī)械分層（分段）改造技術(shù)系列；②水平井分段改造技術(shù)系列；③頁(yè)巖氣藏體積壓裂技術(shù)；④非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)改造裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)。這些新技術(shù)有效地解決了制約非常規(guī)油氣藏增產(chǎn)改造的技術(shù)難題，取得了良好的應(yīng)用效果，為國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣藏增產(chǎn)改造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

非常規(guī)天然氣藏 儲(chǔ)集層 特征 增產(chǎn)改造 監(jiān)測(cè)技術(shù) 系列 應(yīng)用 四川油氣田

1 非常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層基本特征

與常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層相比而言，非常規(guī)油氣藏油氣資源在成藏條件、巖性、物性特征，油氣賦存狀態(tài)既有相似之處，又有較大的差別，具有以下基本特征［1］：①儲(chǔ)層品味低，非常規(guī)儲(chǔ)層普遍具低孔、低滲、超低滲、含油氣豐度低、自然產(chǎn)能低的特點(diǎn)；②儲(chǔ)層類(lèi)型復(fù)雜，非常規(guī)油氣藏既包含致密砂巖、碳酸鹽巖、火成巖，又包括頁(yè)巖、煤層以及油砂等；③儲(chǔ)層巖性、巖相、礦物成分組成類(lèi)型復(fù)雜多樣，變化快；④儲(chǔ)層一般具縱向上非均質(zhì)性，橫向上連續(xù)性差特點(diǎn)；⑤砂體發(fā)育多變，特別是對(duì)于致密砂巖氣藏而言透鏡狀砂體占很大比例且縱向上多砂體發(fā)育。

2 非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造的難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 增產(chǎn)改造面臨的難點(diǎn)

面臨的難點(diǎn)：①縱向上多產(chǎn)層發(fā)育，儲(chǔ)層立體改造難度較大；②致密砂巖氣藏面臨產(chǎn)量低和衰減快的問(wèn)題，大范圍改造難度較大；③致密砂巖、頁(yè)巖氣資源中，裂縫作為儲(chǔ)集空間，最大限度溝通裂縫系統(tǒng)難度較大；④水平井、其他特殊井眼井增產(chǎn)改造分隔難度大；⑤非常規(guī)氣藏特別是頁(yè)巖氣壓裂裂縫延伸情況極為復(fù)雜，為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提出了極大地挑戰(zhàn)。2.2 初步技術(shù)對(duì)策

技術(shù)對(duì)策為：①采用分層（段）改造技術(shù)，提高縱向上的小層動(dòng)用程度；②采用大型增產(chǎn)改造技術(shù)，最大限度提高致密低滲儲(chǔ)層的改造體積；③針對(duì)頁(yè)巖氣增產(chǎn)改造采用“大液量、大排量、低砂比”輔以分簇射孔的“體積改造”技術(shù)；④采用裸眼水平井封隔器、可鉆橋塞、連續(xù)油管帶底封等機(jī)械封隔方法以及水力噴射分段等分隔方法來(lái)提高水平井、其他特殊井眼井改造的針對(duì)性；⑤采用包括微地震、地面、井下測(cè)斜儀等裂縫監(jiān)測(cè)手段來(lái)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裂縫延伸動(dòng)態(tài)，從而優(yōu)化壓裂作業(yè)的參數(shù)。

3 非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造技術(shù)的應(yīng)用

3.1 致密氣藏增產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用

3.1.1 致密多產(chǎn)層氣藏分層改造技術(shù)

3.1.1.1 封隔器帶滑套分層壓裂技術(shù)及應(yīng)用

針對(duì)縱向上多層系儲(chǔ)層，開(kāi)展了不動(dòng)管柱連續(xù)分層壓裂工藝技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模化應(yīng)用。該技術(shù)通過(guò)封隔器帶噴砂滑套，在壓裂過(guò)程中通過(guò)投球打開(kāi)噴砂滑套的方法實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)層達(dá)到分層壓裂，并進(jìn)行壓裂后合層開(kāi)采的目的。該技術(shù)的成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)儲(chǔ)層的立體、高效開(kāi)發(fā)。與常規(guī)逐層壓裂相比，縮短了作業(yè)時(shí)間，降低了壓裂作業(yè)成本。2009—2011年6

月底，該技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用累計(jì)680余井次，最多分壓5層（段）。圖1為不同分壓層段所占比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖1 分壓不同層（段）統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖

3.1.1.2 連續(xù)油管帶底封噴砂射孔環(huán)空多級(jí)壓裂及應(yīng)用

連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分級(jí)壓裂技術(shù)是目前國(guó)外較新研發(fā)的一種既能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模改造，又能達(dá)到分層壓裂、精細(xì)壓裂的一種新型分級(jí)壓裂技術(shù)［2］。

工藝技術(shù)特點(diǎn)為：①該技術(shù)通過(guò)連續(xù)油管帶噴射工具和定位器進(jìn)行定點(diǎn)噴砂射孔實(shí)現(xiàn)了薄層精細(xì)壓裂；②通過(guò)上提下放多次坐封解封的封隔器在理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)次壓裂，現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)層操作靈活可靠，施工周期短；③將連續(xù)油管起出井口后即具備生產(chǎn)條件，可實(shí)現(xiàn)多層直接測(cè)試投產(chǎn)，且井筒清潔，便于后期修井作業(yè)；④該技術(shù)可適用于直井、大斜度井、水平井分級(jí)壓裂。

工藝流程為：①連續(xù)油管定位；②通過(guò)連續(xù)油管進(jìn)行噴砂射孔；③反循環(huán)洗井；④進(jìn)行該層的壓裂施工；⑤施工后，上提連續(xù)油管解封封隔器，再次定位進(jìn)入下一層后，下放坐封封隔器，開(kāi)始進(jìn)行次一層施工。以此步驟完成所有層段施工后，上提連續(xù)油管出井口。

該技術(shù)在西南油氣田HC構(gòu)造現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)性實(shí)施7井次，46層次，注入地層支撐劑總量822.63 t。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況來(lái)看，該工藝操作簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)層迅速。平均轉(zhuǎn)層時(shí)間為23 min，最少轉(zhuǎn)層時(shí)間僅為5 min?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況與效果見(jiàn)表1。

3.1.1.3 水力噴射分段改造及應(yīng)用

水力噴射是目前先進(jìn)的分層、分段增產(chǎn)改造工藝之一。中國(guó)石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)川慶井下作業(yè)公司）通過(guò)自主研發(fā)，開(kāi)發(fā)出水力噴射工具，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

表1 連續(xù)油管帶底封分級(jí)壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況與效果表

工藝特點(diǎn)為：①井下工具簡(jiǎn)單，不需要機(jī)械封隔，能夠自動(dòng)隔離，可用于裸眼、套管完井，同時(shí)可適用于直井、斜井、水平井；②一次管柱可進(jìn)行多段改造，施工周期短，有利于降低儲(chǔ)層傷害；③定向噴射、造縫準(zhǔn)確，對(duì)薄互層、含水關(guān)系復(fù)雜井增產(chǎn)改造優(yōu)勢(shì)明顯；④該工藝施工程序簡(jiǎn)單，易于操作；⑤可采用不動(dòng)管柱、動(dòng)管柱（油管、連續(xù)油管拖動(dòng)）噴射施工。

自主研發(fā)的水力噴射技術(shù)共進(jìn)行了21口井水力噴射先導(dǎo)性增產(chǎn)施工，其中加砂壓裂6井次，噴射酸化15井次，單井噴射最多達(dá)15段，單井最大加砂量102.55 m3、單段最大加砂51.3 m3、最高砂濃度819 kg／m3，單井最大用液量895.5 m3。水平井中應(yīng)用10井次、直井與斜井中應(yīng)用11井次。施工成功率100%，單井平均增產(chǎn)天然氣16.7×104m3／d。

3.1.2 水平井裸眼封隔器分段改造技術(shù)與應(yīng)用

川慶井下作業(yè)公司自主研發(fā)出水平井裸眼分段增產(chǎn)改造工具，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外壟斷，為提高非常規(guī)油氣藏單井產(chǎn)量、降低開(kāi)發(fā)成本，提供了技術(shù)支撐和有力保障，具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

3.1.2.1 技術(shù)指標(biāo)

3.1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用情況

1）整體應(yīng)用情況

從2010年開(kāi)始到目前，該工具現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)完成46井次290段作業(yè)，施工成功率、有效率均達(dá)100%。單井最多分段達(dá)12段、最大下入井深5 880.0 m、水平段最長(zhǎng)1 310.0 m，單井最大加砂量450.8 m3、最大注液量4 498.1 m3。平均單井測(cè)試天然氣產(chǎn)能達(dá)23.51×104m3／d，增產(chǎn)效果明顯。圖2為該工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)。

圖2 水平井裸眼分段改造技術(shù)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)圖

2）典型井應(yīng)用情況

其應(yīng)用情況如表2所示。

3.1.3 水平井電纜傳輸射孔（或連續(xù)油管?chē)娚吧淇祝?/p>

＋可鉆橋塞分段壓裂酸化及應(yīng)用

3.1.3.1 工藝原理

該工藝技術(shù)是用連續(xù)油管或電纜將丟手＋射孔槍?zhuān)ɑ驀娚吧淇坠ぞ撸珮蛉ぞ叽偷剿骄┕ざ挝恢?，然后坐封橋塞—射孔—加砂壓裂。如此重?fù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平井無(wú)限多段的增產(chǎn)改造，施工完成后，下連續(xù)油管鉆開(kāi)所有橋塞，放噴排液。

3.1.3.2 工藝流程

①第一段采用油管（或連續(xù)油管、電纜）傳輸射孔，提出射孔槍?zhuān)虎诘谝欢问┕?；③凝膠沖洗井筒；④用連續(xù)油管或液體泵送電纜將射孔槍?zhuān)ㄟB續(xù)油管帶噴砂射孔工具＋橋塞工具入井）；⑤座封橋塞，射孔工具與橋塞分離，橋塞試壓；⑥拖動(dòng)連續(xù)油管或電纜帶射孔工具至射孔段，射孔，提出電纜（連續(xù)油管帶噴射工具可不提出井筒）；⑦施工第二層，重復(fù)步驟④～⑦，實(shí)現(xiàn)多層分段改造。壓后用連續(xù)油管磨銑鉆掉橋塞，合層排液求產(chǎn)。

表2 水平井裸眼封隔器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用典型井情況表

3.1.3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

水平井電纜傳輸射孔（或連續(xù)油管?chē)娚吧淇祝摄@橋塞分段壓裂工藝技術(shù)在四川盆地水平井中實(shí)施5井次、45層次。其中電纜傳輸射孔＋可鉆橋塞分段壓裂4井次，連續(xù)油管?chē)娚吧淇祝摄@橋塞分段壓裂1井次，施工成功率達(dá)100%。表3為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施具體情況。

3.2 頁(yè)巖氣藏體積壓裂先導(dǎo)性試驗(yàn)

頁(yè)巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大，因其儲(chǔ)層物性差、孔隙度和滲透率低，需要應(yīng)用水力壓裂技術(shù)才能獲得經(jīng)濟(jì)開(kāi)采，裂縫網(wǎng)絡(luò)是獲得工業(yè)性氣流的關(guān)鍵。國(guó)外的研究成果表明：頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有改造體積越大、增產(chǎn)效果越好的特點(diǎn)，且壓裂裂縫不再是單一的對(duì)稱(chēng)裂縫，而是形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，由此產(chǎn)生了體積改造的理念［3－4］。

表3 水平井可鉆橋塞分段壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況表

3.2.1 頁(yè)巖氣體積壓裂技術(shù)

體積壓裂是指在水力壓裂過(guò)程中，使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而增加改造體積，提高初始產(chǎn)量和最終采收率。由于頁(yè)巖氣低孔、低滲、巖石脆性系數(shù)高、儲(chǔ)層發(fā)育有天然裂縫。這些特性，決定了頁(yè)巖氣井特別適應(yīng)于大規(guī)模體積壓裂［5－9］。

3.2.1.1 壓裂工藝

在分簇射孔的基礎(chǔ)上，應(yīng)用滑溜水壓裂液，采用大液量、大排量的施工參數(shù)，形成網(wǎng)狀裂縫，溝通地層天然微裂縫，用低砂比、段塞式加砂轉(zhuǎn)向、橋接網(wǎng)狀裂縫。

3.2.1.2 工作液體系

頁(yè)巖氣壓裂一般采用滑溜水體系，配方組成通常為：清水＋降阻劑＋黏土穩(wěn)定劑。

3.2.1.3 分簇射孔

為了提高頁(yè)巖氣改造效果，形成更大體積的網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)，射孔方式一般采用分簇射孔。一般分4～6簇射孔，每簇5～6孔。

3.2.1.4 頁(yè)巖氣水平井分段壓裂

采用可鉆橋塞＋噴砂射孔（或電纜傳輸射孔）分段壓裂技術(shù)：連續(xù)油管帶噴砂射孔工具及橋塞（或電纜傳輸射孔＋可鉆橋塞），對(duì)預(yù)定層段進(jìn)行分簇噴砂（或電纜射孔傳輸射孔）并坐封橋塞，然后進(jìn)行套管壓裂。壓裂完所有層段后，下入鉆磨工具鉆除所有橋塞，氣井投產(chǎn)。

3.2.2 頁(yè)巖氣體積改造現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

中國(guó)石油在四川威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧地區(qū)、云南昭通地區(qū)共進(jìn)行了12口井、42層（段）次頁(yè)巖氣體積改造。其中直井9口井（17層次），水平井3口井（25段）施工，平均單層（段）用液量達(dá)1 845.2 m3。部分井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況如表4所示。

表4 頁(yè)巖氣增產(chǎn)改造現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況及效果表（部分井）

3.3 壓裂裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

非常規(guī)儲(chǔ)層特別是頁(yè)巖氣井實(shí)施壓裂改造措施后，需要有效的方法來(lái)確定壓裂作業(yè)效果，獲取壓裂誘導(dǎo)裂縫導(dǎo)流能力、幾何形態(tài)、復(fù)雜性及其方位等諸多信息，以實(shí)時(shí)改進(jìn)與優(yōu)化頁(yè)巖氣藏后續(xù)壓裂增產(chǎn)作業(yè)程序與評(píng)價(jià)其效果。

目前利用井溫測(cè)井、地面、井下測(cè)斜儀與微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合的裂縫綜合診斷技術(shù)，可直接地測(cè)量因裂縫間距超過(guò)裂縫長(zhǎng)度而造成的變形來(lái)表征所產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)，確定裂縫的高度、長(zhǎng)度、傾角及方位，評(píng)價(jià)壓裂作業(yè)效果，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)改造的最優(yōu)化。

3.3.1 井溫測(cè)井應(yīng)用

在D4井頁(yè)巖氣壓裂過(guò)程中應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)井溫測(cè)井分析（圖3），得到了裂縫在高度上的延伸情況。主壓裂時(shí)壓裂縫頂端至1 990.3 m，壓裂縫向上延伸45.7 m（射孔井段頂2 036 m）。

3.3.2 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

在D1井壓裂過(guò)程中進(jìn)行了微地震監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)資料分析，得到了壓裂裂縫波及的體積（圖4）。為后續(xù)增產(chǎn)優(yōu)化與效果評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1）非常規(guī)氣藏具有儲(chǔ)層復(fù)雜、巖性致密、單井產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)能力差，采收率低，前期開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高等特點(diǎn)。

2）通過(guò)近年來(lái)的持續(xù)技術(shù)攻關(guān)與技術(shù)引進(jìn)，非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)改造技術(shù)無(wú)論在設(shè)計(jì)水平、配套工具還是工作液體系都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。初步形成了適應(yīng)于不同儲(chǔ)層類(lèi)型、不同井眼條件的工藝技術(shù)。

圖3 D4井壓后井溫測(cè)井曲線圖

圖4 D1井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

3）自主研發(fā)出的水平井裸眼封隔器，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外壟斷。該工具可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成功率100%，與國(guó)外同類(lèi)工具相比成本更低，為非常規(guī)油氣藏大規(guī)模水平井開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障。

4）針對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)改造目前有些技術(shù)尚處在先導(dǎo)性試驗(yàn)階段，須進(jìn)一步加強(qiáng)研究與完善。

4.2 建議

1）從目前技術(shù)發(fā)展來(lái)看，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)和儲(chǔ)層改造機(jī)理等基礎(chǔ)研究，加速針對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層改造低傷害新材料研發(fā)及推廣應(yīng)用，加快增產(chǎn)改造配套工具（特別是針對(duì)水平井等特殊井眼井配套工具）的研制。

2）目前裂縫監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)手段單一，應(yīng)強(qiáng)化包括測(cè)斜儀及微地震波等裂縫診斷技術(shù)的應(yīng)用，以此來(lái)提高非常規(guī)儲(chǔ)層改造的優(yōu)化水平與針對(duì)性。

3）建議開(kāi)展非常規(guī)油氣藏大型、超大型改造地面施工技術(shù)與配套研究。

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（修改回稿日期 2012-05-02 編輯 韓曉渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.009

王素兵，1972年生，高級(jí)工程師，工程碩士；主要從事油氣藏增產(chǎn)改造技術(shù)研究工作。地址：（610051）四川省成都市二環(huán)路北四段瑞豐巷6號(hào)。電話：（028）86019010。E-mail：wangsubing007＠163.com